对雾化片驱动的尝试

la45088d1

       市面上的超声波雾化器电路方案基本上都是用一支三极管加上其它外围元件组成电容三点式振荡器，雾化片作为感性元件在谐振回路中。这种电路看似简单，但是我从来没有成功过。所以我尝试他激的办法驱动雾化片。电路如下：CD74HC4046A高速锁相环芯片，使用PD2做相位跟踪；LM5112做栅极驱动器，驱动FDS9945（后来用IRF7351），变压器升压驱动晶体，电流过零比较器使用TL712.

      

调试时不装R4，使VCO电压为电源电压一半定频驱动。结果发现雾化片谐振频率确实在1.7MHz附近。但是遇到了非常麻烦的问题。以下是前天到昨天的经历：

1,原来计划使用射频磁环红环，结果磁导率低的吓人，加上体积过小，匝数过低（Dual 5 turns），哪怕次级不接雾化片一上电MOSFET冒烟。之后随便用了一个大的绿环按7T*2匝数绕制空载不炸了，一接上雾化片立刻炸管。后来把匝数加到15T*2不炸了。

2，调好变压器后，将电路除锁相环处外，全部按图示接好，结果发现雾化片没反应，神奇的是如果断开次级的接地端，雾化片能够激起水花，看来初次极之间的分布参数已经很大了了，如果直接接地貌似会通过分布电容导致短路所以无输出？

3，次级突然打火，但是电压并不高，只有200Vpp不到，不知为何？放弃次级，直接将雾化片连接到两个MOSFET的D极之间，雾化片能明显激起水花但没有什么雾气。

4，重新绕制变压器，将次级输出浮空，不与电路板有任何电气连接，直接测输出发现，初级好好的方波到了次级居然变成了正弦波。次级直接接上雾化片，水花很小，输出幅度比空载明显降低。所以应当是磁环工作频率高过了极限，损耗变大了，功率传不出去了。

5，重新绕制变压器，将输出端直接接上雾化片，不与PCB有其它电气连接，这次雾化器激起了很大的水花，出现了明显的雾气，MOSFET在3-5s内直接冒烟。测试输入电流已经高于7A，雾化片两端已经有一百伏特的峰峰值。用吸水纸加水盖在MOSFET上强行工作了一分多钟，发现变压器已经热的烫手。此时为了加大耦合度，临时改变变压器的绕组如下，初级也做为次级一部分：

6，将电路板扔进垃圾桶。

la45088d1

现存问题：
1，高频变压器损耗极大；
2，功率部分电压毛刺多，干扰大，并且已经对MOSFET造成威胁；
3，过零比较器延迟过大，并且由于自身输入特性，不能准确在零点处给出反转信号；
4，雾化片的电磁惯性低到看不见（此问题部分按关联到1和2）；（一般的LC回路，Q值够的话，用方波激励时观察电流，会发现如果方波频率低于回路频率，LC回路电流会在方波极性反转之前过零，随后被强制同相再按正弦规律上升；如果方波频率高于回路频率，则电流过零处也滞后于方波过零处，且电流波形呈三角形。实验中雾化片的电流波形始终是毛刺极多的三角波，过零处好像基本由激励电压决定，并且在谐振频率处仍然是三角波而不是近似正弦波，看不到明显电磁惯性）
5，MOSFET管发热大，由于损耗较大的关系（此问题部分按关联到1和2），除此之外还有驱动波形边沿不够陡峭的关系。

目前给出的解决思路：
1，使用合适的磁环重做高频变压器；
2，使用更高速的比较器；
3，使用更大电流的栅极驱动器；
4，对MOSFET做TVS保护。
5，对于雾化片电磁惯性不足的问题，可以放弃锁相法，改用电流最值法判断谐振。当然方案要改，改由MCU扫频。


先例：https://www.bilibili.com/video/av15659817?t=203

603599910

我也没有做出这个驱动出来,当初还想用单片机输出的1.8M分频做驱动,后来发现我手上个MOS管频率上不了M级别,不得已还是买了成品单管谐振驱动.:cry::cry::cry:

csformat

真牛逼，我55k的都玩不转。

膜拜各位大神

真人不露馅

用了那么多手纸，楼主真能撸:titter:

infozx

哈哈哈哈哈，最后一句话笑死我了。
“6，将电路板扔进垃圾桶。”


另，赞科研精神。

infozx

个人愚见哈，
- 射频环大部分是镍锌磁环；大部分电源功率磁环都是铁氧体，铁硅铝材质，上兆了损耗感人。
- 1.6M Mos管扛不住，另外此时pcb走线极其敏感，包括gate驱动，越短越好。
- 次级高压打火可能来自绕制的漏感和mos管异常驱动，你用高速示波器查波形，可能有新发现。
- 第5步估计变压器磁材已经严重饱和了。
- 板子上那句英文好亮

邓穿石

楼上专业高人，切中要点。
变压器的选择和计算上有很高要求。
另，在1.6MHz以上除了布线要求高，能好用的运放不好找吧。商品化使用分立元件是有道理的。

北落师门

雾化片就是一压电陶瓷，应该是容性负载。
看了楼主的折腾，明白商用为啥直接用分立元件做自激了，就算成功了成本也太高。不过，支持折腾。

la45088d1

北落师门 发表于 2019-4-8 16:45
雾化片就是一压电陶瓷，应该是容性负载。
看了楼主的折腾，明白商用为啥直接用分立元件做自激了，就算成功 ...

不急，第二版即将开始，一定要成功。

infozx

北落师门 发表于 2019-4-8 16:45
雾化片就是一压电陶瓷，应该是容性负载。
看了楼主的折腾，明白商用为啥直接用分立元件做自激了，就算成功 ...

有压电也有电磁式的，压电一般是容性，比较好驱，但出力功率太小。。

infozx

la45088d1 发表于 2019-4-8 18:24
不急，第二版即将开始，一定要成功。

加油加油，你的1.6M跟TDK这个模组很像。可以反向下TDK原厂的设计，不过除了模糊的图找不到相关资料，看附件。

2n3055

个人愚见：
1、压电陶瓷既不是容性负载，也不是感性负载，而应该看作一个大功率瓷振，普通瓷振就是小功率的这玩意
2、你想设计的电路，应该按射频功放来设计，已经不能按常规电路设计了
这个电路，应该是一个射频谐振功率放大器，输出变压器用红环应该是没问题的，红环是-2材，1.6MHz没问题
输出炸管，变压器发热，功率出不来损耗大，应该考虑是阻抗匹配不对，驻波比太大，功率全反射回功率管了

la45088d1

2n3055 发表于 2019-4-10 22:05
个人愚见：
1、压电陶瓷既不是容性负载，也不是感性负载，而应该看作一个大功率瓷振，普通瓷振就是小功率的 ...

你说的有道理。这几天就这几个网友的建议和资料查找。我觉得改改思路也不错。我打算先试试Class-E功放结构驱动一个小雾化片试试，做好阻抗匹配。

rush

上淘宝多找现成变压器啊，即使参数不是你最佳的，性能也比自己绕的好很多，这个片非要谐振才能驱动吗，ZVS直接上不行吗

mimimiao

感觉搞复杂了

zjh410129932

楼主有新进展了吗？想了解下图中谐振频率怎么算的呢

上官梦舞

6，将电路板扔进垃圾桶。